Investigation of reflective optical network units for bidirectional passive optical access networks

Abstract

Esta investigación está conducida a la resolución del problema de encontrar soluciones rentables para el despliegue de redes de fibra hasta el hogar (Fibre to the Home - FTTH). En una red de FTTH, el equipo transmisor-receptor de usuario así como el despliegue de la fibra en la llamada 'última milla' son las barreras principales. <br/>Una topología que consiste en hacer llegar una única fibra para dirigirse a cada usuario reduce la cantidad de fibra requerida. Por otro lado, los componentes ópticos pasivos alivian los requisitos de mantenimiento de la red de acceso. El efecto del backscattering de Rayleigh se ha identificado como la interferencia más crítica de este tipo de transmisión, el efecto sobre el funcionamiento del sistema y las investigaciones de posibles soluciones al mencionado problema son centro de estudio de esta tesis. Los experimentos realizados, revelan que, a pesar de la interferencia causada por del effecto Rayleigh no se puede eliminar totalmente, hay diferentes técnicas capaces de atenuar dicho efecto. <br/>El uso de los amplificadores ópticos semiconductores para implementar las funciones de transmisión-recepción agrega simplicidad al diseño de red en términos de transparencia de la longitud de onda y gracias a las capacidades de la amplificación de esta familia de dispositivos.<br/>Los resultados experimentales presentaron en este trabajo demuestran con éxito la modulación y la detección a 1Gbit/s y 2.5Gbit/s con los dispositivos basados en semiconductores, en enlaces de hasta 30km e incluso de hasta 50km de longitud. Nuevos prototipos son potencialmente capaces de transmitir a 10Gbit/s. <br/>Estructuras reflectoras basadas en amplificadores ópticos semiconductores reflectores son los candidatos mas adecuados.<br/>Éstos, realizan funciones de transmisión eficientemente y proporcionan la amplificación adecuada. Sin embargo, es necesario el diseño de nuevos diseños capaces de transmitir datos a una velocidad mayor. Una estrategia de comunicación bidireccional mediante una única fibra es la arquitectura más interesante los términos de reducción de costes por usuario (CAPEX). Por estos motivos, la ONU se convierte en un elemento clave en redes de acceso y un área muy interesante de investigación. <br/>Para una evolución exitosa de FTTH el diseño de la unidad de red debe ser simple, robusto, flexible y bajo coste para el cliente final. <br/>La traducción de los requisitos anteriormente mencionados en especificaciones técnicas establece las pautas siguientes para el diseño del FTTH ONU<br/>- Una única fibra por cada usuario para reducir tamaño de la red de acceso<br/>- Independencia de la longitud de onda para permitir una operación transparente en redes WDM<br/>- Que no haya fuente de luz activa en las dependencias de usuario para prevenir el mantenimiento en el lado del usuario<br/>- Con amplificación y así poder aumentar el número de usuarios y alcanzar mayores distancias<br/><br/>De esta manera, el objetivo principal de esta tesis es la investigación de unidades ópticas de red reflectoras, especialmente las basadas en amplificadores ópticos de semiconductor, así como su funcionamiento en redes de FTTH, basadas en tecnología de acceso WDM-PON. Esto implica fundamentalmente<br/>- Identificar arquitecturas y dispositivos propuestos por medio de la investigación del trabajo publicado relacionado y destacar limitaciones y requisitos de los sistemas actuales<br/>- evaluar las diversos alternativas para la ONU y para proponer soluciones mejoradas, demostradas con simulaciones y experimentos <br/>- investigar limitaciones posibles de los sistemas transmisión bidireccionales y desarrollar soluciones para la mejora de la transmisión<br/>- desarrollar descripciones analíticas de las señales implicadas en la transmisión This research was conducted to deal with the problem of finding cost-effective solutions for Fibre-to-the-Home (FTTH) network deployment. In the FTTH network, the transceiver at the user premises and the deployment of fibre at the last mile are the major barriers. <br/>A single-fibre topology to address each user reduces the amount of fibre required; passive optical components alleviate maintenance requirements in the access network.<br/>The Rayleigh backscattering effect is identified as the most critical crosstalk in such transmission, the effect on the system performance and the investigations of possible solutions are presented in this thesis. The studies reveal that despite the Rayleigh backscattering crosstalk can not be totally eliminated, several techniques can mitigate the effect.<br/>The use of the semiconductor optical amplifiers to feature transceiver tasks at the user premises adds simplicity to the network design in terms of wavelength transparency and amplification capabilities. We propose implementations with semiconductor amplifiers and test modulation and detection potentials inside the optical network. <br/>The experimental results successfully demonstrate modulation and detection at 1Gbit/s and 2.5Gbit/s with semiconductor-based devices, in links of 30km and even though of 50km length; bit rate of 10Gbit/s is feasible with novel prototypes as well. <br/>Reflective structures based on reflective semiconductor optical amplifiers are potential candidates, as they perform transmission functions efficiently and provide adequate amplification however, it is necessary the design of further structures capable of transmitting at a higher bit rates.

WDM/TDM PON bidirectional networks single-fiber/wavelength RSOA-based ONUs layer 1/2 optimization

“…This implementation requires optical sources of different wavelength as well as optical filters to divide uplink and downlink channels. Thus, the signals do not interfere with each other, as they are carried in separated frequencies [30]. The second implementation consists in using the same wavelength in both directions, as shown in Fig.…”